Když borovice napadli severoamerické lesy, vyhodily z rovnováhy jemný ekosystém. Také rakovinné buňky se chovají jako škodlivé invazivní druhy. Foto uživatele Flickr Kneale Quayle
Někdy je přemýšlení o starém problému z osvěžujícího nového úhlu právě to, co je potřeba k nalezení toho okamžiku eureka.
Rakovina, jedna z nejznámějších zdravotních chorob, byla v současné době moderní medicíny intenzivně studována. Rostoucí počet vědců si však myslí, že přiblížení nového přístupu k pochopení nemoci může vést k některým novým poznatkům a možná i řešením. A předmět, v který doufají, může sloužit jako okno pro studium rakoviny, může vás překvapit: ekologie.
Na první pohled se onkologie a ekologie zdají velmi odlišné. Pro začátek je jedna lokalizována do konkrétních buněk v těle, zatímco druhá z definice přesahuje celou planetu. Ale namísto označování rakoviny jako skupiny mutovaných buněk, jak se uvažuje, bychom měli rakovinu vnímat jako narušení rovnováhy složitého mikroprostředí v lidském těle. Jako poškozující invazivní brouk, který jede cestu lesy v Coloradu, nová choroba vypuklá v populaci divokých ptáků nebo dřevorubci, kteří sekají části amazonského deštného pralesa, rakovina hodí klíč opice do jinak klidného, vyváženého systému.
Tento způsob myšlení způsobuje, že se rakovina jeví ještě složitější, než je tomu v současnosti, ale mohla by poskytnout poznatky, které nakonec zlepší léčitelnost rakoviny.
„Je známo, že Einstein řekl, že všechno by mělo být vytvořeno co nejjednodušší, ale ne jednodušší, “ píšou. "Ukazuje se, že složitost má své místo, a jak pohodlné by bylo pro rakovinové biology studovat nádorové buňky izolovaně, to dává stejný smysl jako snažit se pochopit žáby, aniž bychom vzali v úvahu, že mají sklon žít poblíž bažin a hostiny na hmyzu." . “
Máme sklon myslet na rakovinu pouze z hlediska mutovaných buněk, autoři pokračují. Přijetí tohoto úzkého přístupu je jako snažit se pochopit, proč má žába lepkavý jazyk, aniž by vzala v úvahu, že žáby používají svůj jazyk k chytání hmyzu. Rakovinové buňky také potřebují kontext. Například nenápadná rakovinová buňka se může ocitnout vedle krevní cévy ne náhodou, ale může tak získat více živin a kyslíku, aby podpořila její neomezené dělení.
Rakovinové buňky musí v těle soutěžit o živiny a další zdroje, stejně jako zvířata žijící v prostředí musí mezi sebou soutěžit, aby přežily. To znamená, že rakovina, jako každý organismus, se musí přizpůsobit svému prostředí, aby mohla prosperovat. Vědci vysvětlují:
Nyní začíná být všeobecně přijímáno, že rakovina není jen genetickým onemocněním, ale onemocněním, ve kterém evoluce hraje klíčovou roli. To znamená, že nádorové buňky se vyvíjejí, přizpůsobují se a mění prostředí, ve kterém žijí. Ti, kteří tak neučiní, nakonec vyhynou. Ti, kteří to dělají, budou mít šanci napadnout a metastazovat. Schopnost nádorové buňky přizpůsobit se novému prostředí bude tedy určena prostředím a buněčným druhem z původního místa, na které se již pečlivě přizpůsobila.
Jak tedy lze celou tuto teorii aplikovat v reálném životě? Environmentální přístup k porozumění rakovině je tak komplexní, že vylučuje normální experimenty; Mohli by snadno jít awry s tolika různými komponenty, aby zvážila. Místo toho vědci navrhují obrátit se na matematiku a výpočetní techniku, aby pochopili větší environmentální kontext, který vede k rakovině. Ekologové používají jeden takový matematický přístup, teorii her, jako způsob, jak studovat evoluční biologii a způsob, jakým zvířata interagují:
Síla přirozeného výběru udržuje obyvatele ekosystému zaměřené na optimalizaci spodního řádku: dlouhodobá reprodukce. Ve hrách studovaných evolučními teoretiky her jednotlivci soutěží o dostupné zdroje pomocí různých strategií. Tyto rysy a chování, známé jako fenotypová strategie, určují vítěze a poražené evoluce.
Behaviorální strategie se mohou měnit v závislosti na povaze zvířete a kontextu situace. Tady je hypotetický příklad, založený na myšlence teorie her: Pokud se dva hyeny kopají do velkého, chutného jatečně upraveného těla, budou tento zdroj šťastně sdílet. Pokud ale dva lvi najdou tu samou kostru, budou bojovat o výhradní práva na její konzumaci, což znamená, že jeden lev se objeví vítězně a vezme všechny masité kořisti, zatímco druhý nedostane žádné jídlo - plus je zraněn. A konečně, pokud lev potká hyenu v jatečně upraveném těle, hyena se přišlápne a odevzdá své zboží silnějšímu lvu. Jinými slovy, hráči teorie her mohou reagovat jedním ze tří způsobů v závislosti na tom, kdo jsou a co se děje: mohou sdílet, bojovat nebo propadat.
Stejně jako řádek jasně čištěné džungle nebo invazivního druhu, který se pomalu šíří a zanechává po stopě poškození, nádory, jako ten výše, ovlivňují tkáň v okolním prostředí a jsou na ni ovlivněny. Foto uživatele Flickr Ed Uthman
Podobné hry lze hrát s nádorovými buňkami. "Dobrým příkladem by byl nádor s buňkami, které se přestanou pohybovat, když budou konfrontovány s omezenými zdroji (pohyblivými) a buňkami, které je budou nadále používat (proliferativní), " píšou autoři. Aby se věci ještě komplikovaly, je však známo, že nádorové buňky mění své chování, když se proliferují a metastázují v celém těle, což znamená, že by se mohly změnit z hyeny na lva.
Jedna zásadní věc, kterou nám teorie her na ekosystémové úrovni ukazuje, pokračují, je to, že bez rozdílu zaměřené na zabíjení co největšího počtu nádorových buněk nemusí být pro pacienta nejlepším výsledkem. Podle modelů teorie her závisí konečný dlouhodobý výsledek hry na konkrétních interakcích mezi hráči, nikoli na počtu zúčastněných hráčů. Lvi budou i nadále bojovat o jídlo bez ohledu na to, zda se setkají dva lvi nebo 2 000 lvů. „Léčba založená výhradně na nerozlišujícím odstranění většiny (ale ne všech) rakovinných buněk může mít pouze dočasný účinek; jako ve většině případů bude původní počet nádorových buněk nakonec obnoven a překročen, “píšou autoři.
Místo toho teorie her naznačuje, že účinnější alternativa by byla založena na pokusu změnit způsoby interakce buněk mezi sebou as jejich prostředím. To může ovlivnit chování buněk, sílu a reprodukční úspěch, vysvětlují autoři, což by mohlo vést k vývoji tumoru směrem k méně agresivním typům buněk nebo k stabilnější koexistenci s nerakovinovými buňkami.
"Ekosystémový pohled je v konečném důsledku holistický pohled, který vidí progresi rakoviny jako proces, který vychází z interakcí mezi více buněčnými druhy a interakcí s mikroprostředím nádoru, " píšou autoři. „Perspektiva ekosystému nám přináší zajímavé důsledky, “ říkají spolu s řadou otázek o tom, jak daleko lze dosáhnout analogie mezi ekosystémy a rakovinou.
Například, pokud se rakovinné buňky šíří jako invazivní druh ekosystémem, jaký evoluční zisk se dosáhne, když je uzavřený ekosystém (tělo) nenapravitelně poškozen (smrtí člověka) tak, že mor také umře? Na rozdíl od viru, který může zabít svého hostitele, ale v tomto procesu se rozšíří na další hostitele, samotné rakovinné buňky z velké části nemají prostředky k šíření od jednotlivce k jednotlivci. A berou rakovinné buňky své podněty z procesů řízených konkurencí nebo ze spolupráce? Proaktivnějším myšlením lze aktivovat nerakovinné buňky tak, aby se chovaly jako lvi a používaly zdroje rakovinných buněk, dokud nebude rakovina zvládnutelná?
I když ekologie a matematika pravděpodobně rakovinu sama o sobě neporuší, prohlížení nemoci z této perspektivy by lékařům umožnilo lépe předpovídat, kde v těle mají nádorové buňky nejlepší a nejhorší šance na přežití a jak je co nejúčinněji zabránit jejich množení.
"Jádrem věci je, že ekologický pohled na nádory nezneplatňuje, ale doplňuje a navazuje na desetiletí výzkumu rakoviny, což bezpochyby povede k lepšímu pochopení biologie rakoviny a k novým a vylepšeným terapiím, " uzavírají vědci závěr. . "Než začneme rozumět lesu, musíme stromy správně pochopit (např. Každý list, větvičku a větev), ale nemůžeme si dovolit ignorovat les, protože stromy jsou samy o sobě tak zajímavé."
